某型飞机用PMI泡沫夹层复合材料的设计

本文选用国外先进、成熟的高温固化环氧碳纤维复合材料、PMI轻质泡沫塑料芯材及高温固化结构胶粘剂,从适航、材料选择、夹层结构特点等方面出发,来设计泡沫芯/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料,并采用目前应用最多的一种成形工艺方法-热压罐成形工艺来制备该复合材料。将泡沫芯/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料应用于某型飞机,具有显著的结构减重效果,为民机结构应用泡沫夹层复合材料奠定了坚实的基础。     

PMI 泡沫夹层结构性能研究

对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫碳环氧复合材料夹层结构进行了平拉、平压、侧压、弯曲、剪切等性能试验,并对试样破坏模式进行了分析.结果表明:泡沫夹层结构平拉、平压、剪切性能取决于芯材的性能,表现为芯材的破坏,弯剪试样更能表征泡沫的剪切性能,泡沫夹层结构具有优越的侧压和弯曲性能,碳面板( 1.05 mm)/泡沫(30 mm)夹层结构侧压强度为26.5MPa、模量为5.88 GPa,弯曲刚度为3.05 kN·m2、模量为97.5 GPa.     

X-cor夹层复合材料平压性能分析

 X-cor夹层复合材料是一种采用X形Z-pin增强的新型泡沫夹层结构,在航空航天领域有着广阔的应用前景。本文对其平压模量和强度进行了理论预测和实验验证。通过分析其三维单胞力学模型,得到了X-cor夹层复合材料等效平压模量的解析式。采用Winkler弹性地基梁理论解释了泡沫芯材与Z-pin的协同增强效应,并导出了X-cor平压强度的预测公式。以碳纤维/环氧树脂制备的Z-pin分别植入PU,PMI泡沫制得X-cor夹层复合材料,通过力学实验考察了Z-pin参数以及泡沫性能等对X-cor夹层结构平压性能的影响,对理论分析进行了验证。结果证明增大Z-pin的植入角度、体积分数、直径、端部约束或采用高性能泡沫芯材均能提高X-cor平压性能,但增大长度,Z-pin容易失稳,平压强度降低。     

PMI 泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术研究

对PMI泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术进行了研究,通过对玻璃钢面板及其泡沫夹层结构性能、面板成型、泡沫热成形、泡沫拼接、玻璃钢泡沫夹层结构成型及无损检测等技术研究,确定了玻璃钢外面板、预先固化,然后与泡沫等复合组装,最后铺覆内面板,整体进罐固化的成型工艺。结果表明,玻璃钢面板纵、横向拉伸强度为602、593 MPa,模量为26.0、27.2 GPa,满足设计强度≥350 MPa、模量≥25 GPa的要求;玻璃钢/PMI泡沫夹层结构泡沫密度为(110±10)kg/m3,厚度28 mm,纵、横向侧压强度为32.9、30.5 MPa、模量为2.31、2.38 GPa,满足设计指标侧压强度≥25 MPa、模量≥2.0 GPa的要求,采用玻璃钢/PMI泡沫夹层结构分步固化成型工艺研制的首件新型号整流罩冯卡门锥段,满足设计使用要求。     

泡沫夹芯型吸波隐身结构复合材料的发展趋势

介绍了吸波隐身材料的发展趋势、泡沫型吸波材料的优势及新型聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫的优异性能,展望了以PMI泡沫为芯材制备泡沫隐身复合材料的应用前景.     

PMI泡沫收缩率及胶接性能试验研究

通过对PMI泡沫芯密度、厚度及外置时间、干燥处理、固化压力等5个参数系统研究,摸索了其与泡沫芯收缩率之间的关系,给出了降低泡沫芯收缩率、提高其尺寸稳定性的方法。同时,通过强度性能试验,研究了不同固化压力(0.2MPa和0.3MPa)对PMI泡沫夹层试验件胶接性能的影响。试验结果表明,泡沫芯厚度越小,密度越低,吸湿量越大,固化压力越大,则泡沫芯收缩率越高。利用烘箱在130℃下干燥处理2h,可降低泡沫芯的收缩率;0.3MPa胶接的PMI泡沫夹层结构试验件的滚筒剥离强度略优于0.2MPa固化压力。剪切强度、平面拉伸强度及弯曲强度无明显差别。     

PMI泡沫发展现状及其在直升机上的应用

对PMI泡沫的制备工艺、性能特点以及国内外发展现状进行了简要综述,重点对其在直升机上的应用进行介绍,以期为材料研究人员和直升机复合材料结构选材用材提供帮助。     

泡沫夹层结构在飞机次承力结构中的应用

讨论了使用高强度闭孔刚性聚甲基丙酰亚胺泡沫(PMI)作为夹层结构夹芯材料的优、缺点,并与NOMEX蜂窝从力学性能、冲击后压缩强度、鸟撞、吸湿性能以及制造工艺性和无损检测等方面进行了比较.认为高强泡沫材料比强度基本能够达到NOMEX蜂窝水平,且在制造工艺性、耐吸湿性等方面优点突出.同时介绍了泡沫在某些飞机次承力结构总的应用以及在结构设计中泡沫材料的一些注意事项.     

X-cor增强泡沫夹层结构力学性能试验

 研究了碳纤维X-cor销钉增强泡沫夹层结构的常规力学性能。自行设计工艺,制造了X-cor增强泡沫夹层结构复合材料,并进行了多种材料/几何参数下的平压、三点弯曲和芯子剪切试验,得到了系列试验数据,并观察记录了较全面的结构破坏模式;倾斜的X-cor销钉对夹层结构性能的增强效果大大优于垂直销钉的增强效果,倾斜X-cor增强泡沫夹层结构的抗弯刚度和破坏载荷大幅提高;X-cor增强泡沫夹层结构在弯曲载荷下具有较强的二次承载能力;X-cor增强泡沫夹层结构在弯曲和剪切载荷下均呈现明显的渐进失效过程,在初始裂纹出现后,直到最终破坏发生还有较长的损伤扩展过程,这一过程是增强相限制芯材裂纹大规模扩展的结果,表明X-cor增强泡沫夹层结构在初始裂纹出现后还具有较强的持续承载能力。     

矩形填充多孔材料夹层结构两种模型的固有频率比较

引言 复合材料夹层结构是由复合材料层压面板和芯材胶接成的结构,芯材有铝蜂窝、纸质蜂窝和硬质泡沫等。因其具有比强度高．比刚度大的特点,因此,复合材料夹层结构在航空航天、运载火箭、船舶制造、列车机车、风力机叶片等领域得到了广泛的应用。风机叶片是风电机组的关键部件之一．其性能好坏直接影响风电机组的风能利用效率和机组所受载荷。     

Optimization and analysis of composite sandwich box beam for solar drones

Solar drones have garnered considerably research attention in recent years due to their continuous cruising capability, and the feasibility of design schemes is sensitive to the weight of structure. Sandwich box beam composed of carbon fiber and polymethacrylimide (PMI) foam is conducive to realize the lightweight of structure. In this study, a two-stage optimization design methodology for sandwich box beam is proposed. This methodology is primarily based on a low-order analytical method for evaluating stress/deflection and the linear buckling analysis method combined with experimental correction factor for predicting the buckling eigenvalues. Subsequently, a case study was conducted using an 18-m wingspan solar drone, where the results of mechanical test verified the optimization results. For validating the use of sandwich box beam in solar drones of other scales, additional analysis was conducted based on three aspects: (A) effects of stiffness and stability constraints on the design of sandwich box beam; (B) crucial role of the weight of foam inter layer and application scope of sandwich box beam; (C) best method to improve the buckling eigenvalue of sandwich box beam. Overall, the methodology and general rules presented in this paper can support the design of light wing beam for solar drones.     

X-cor夹层结构试制与性能研究

以航空应用为背景，研究了新型X-cor夹层结构的成形工艺及力学性能。完成了Z-pin的研制、夹层结构成形和力学性能试验。研究结果表明：与不含Z-pin的泡沫夹层结构相比，X-cor夹层结构的刚度性能有很大的提高。     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究.为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构.利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求.通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8％,减重效果明显.     

基于遗传算法的复合材料泡沫夹层板铺层优化设计

机翼中泡沫夹芯结构的使用可以有效降低结构元件的重量,因此对复合材料泡沫夹层板的优化设计研究显得十分重要。基于遗传算法设计可以同时进行铺层角度和铺层厚度的优化算法,在该优化算法中采用分区优化技术及浮点数编码对铺层角度和铺层厚度设计变量进行设计。使用上述优化方法对复合材料机翼盒段泡沫夹芯蒙皮进行铺层优化设计,优化后的翼盒重量比优化前降低了38．2％。优化结果表明对复合材料机翼盒段夹芯蒙皮的优化设计可以有效地降低重量,为泡沫夹芯结构的使用提供一定的参考。     

复合材料泡沫夹芯结构低速冲击损伤研究

随着复合材料夹芯结构在航空领域的广泛应用,对其抗冲击性能的研究变得越来越重要。本文对泡沫夹芯结构的低速冲击问题采用试验及数值分析的手段进行研究,比较了不同冲击能量下泡沫夹芯结构的冲击响应特点,并利用数值分析手段揭示了冲击损伤的破坏机理,同时计算得到了该夹芯结构的临界冲击能量,模拟结果与试验吻合较好,可为工程设计提供一定...     

X-cor夹层结构压缩性能研究

X-cor结构是一种采用拉挤复合材料细杆（Pin）以三维网架结构形式增强泡沫的新型夹层结构材料,该夹层结构与传统泡沫夹层结构和蜂窝夹层结构相比,具有很高的比强度和比刚度。为了研究Pin植入角、Pin直径对X-cor夹层结构压缩强度和压缩模量的影响,压缩性能试样采用Rohacell 31泡沫作为芯材,Pin采用0.5 mm和0.7 mm两种不同直径的T300/FW 63碳/环氧拉挤细杆,并将实验结果与不含Pin增强的泡沫夹层结构进行了对比。研究结果表明,Pin的存在极大提高了X-cor夹层结构的压缩强度、压缩模量,同时密度仅小幅度提升;Pin对X-cor夹层结构压缩性能的增强效率随Pin植入角的减小而提高,采用小直径的Pin更利于提高X-cor夹层结构压缩性能。